高中物理电学实验练习题含详解答案Word文档格式.docx
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器材(代号)与规格如下:
电流表A1(量程250mA,内阻r1为5Ω);
标准电流表A2(量程300mA,内阻r2
约为5Ω);
待测电阻R1(阻值约为100Ω);
滑动变阻器R2(最大阻值10Ω);
1
电源E(电动势约为10V,内阻r约为1Ω);
单刀单掷开关S,导线若干。
⑴要求方法简捷,并能测多组数据,画出实验电路原理图并标明每个器材的代号.
⑵需要直接测量的物理量是______,用测的量表示待测电阻R1的计算公式是R1
=______。
【解析】⑴实验电路图如图所示(用已知内阻的电流表代替电压表)。
⑵两电流表A1、A2的读数为I1、I2和电流表A1的内阻为r1,待测
电阻R1的阻值的计算公式是:
I
R1r
II
21
例5有一电阻Rx,其阻值在100~200Ω之间,额定功率为0.25W。
要用伏安法
较准确地测量它的阻值,实验器材有:
安培表A1,量程为50mA,RA1=100Ω,安培表A2,量程为1A,RA2=20Ω
电压表V1,量程为5V,RV1=10kΩ,电压表V2,量程为15V,RV2=30kΩ
变阻器R1,变阻范围0~20Ω,2A,
变阻器R2,变阻范围0~1000Ω,1A,9V电源,电键,导
线。
⑴实验中应选用的电流表、电压表、变阻器分别
是:
。
⑵画出所用实验电路图。
【解析】⑴允许通过电阻中电流可能的最大值由:
PI2R得,I35mAI50mA
1。
2
因为电阻可能为200Ω,所以通过被测电阻的电流的最大值可能是35mA,应用电流表的示
U
数来控制通过电阻的电流,因此,电流表应选A1。
又因为P
所以
U15VU27.1V。
因为电阻可能为100Ω,所以允许加在电阻两端的电压的最大值可
能是5V,应用电压表的示数来控制加在电阻两端的电压,因此电压表应选V1。
因为R1<R2,
且2A>35mA,所以应选变阻器R1。
因为R1<Rx所以滑动变阻器连接方式应选用分压电路。
因为
R<
RARV,所以应选用外接电路。
⑵实验所用电路如图所示
例6(2000年全国)从下表中选出适当的实验器材,设计一电路来测量电流表
A1的内阻r1,要求方法简捷,有尽可能高的测量精度,并能测得多组数据。
⑴在虚线方框中画出电路图,标明所用器材的代号。
器材(代号)规格
电流表(A1)量程10mA,内阻r1待测(约40
Ω)
电流表(A2)量程500μA,内阻r2=750Ω
电压表(V)量程10V,内阻r3=10Ω
电阻(R1)阻值约100Ω,作保护电阻用
滑动变阻器
总阻值约50Ω
(R)
电池(E)电动势1.5V,内阻很小
导线若干,电
键K
⑵若选测量数据中的一组来计算r1,则所用的表达式为r1=____,式中各
符号的意义是_______。
【解析】⑴如图所示(用已知内阻的电流表代替电压表)。
⑵
r1r,I1
表示通过电流表A1的电流,I2表示通过电流表A2的电流,r2表示电流表
A2的内阻。
例7(2006年全国Ⅰ、Ⅲ)现要测量某一电压表的内阻。
给定的器材
V
有:
待测电压表(量程2V,内阻约4kΩ);
电流表(量程1.2mA,内阻
VmA
约500Ω);
直流电源E(电动势约2.4V,内阻不计);
固定电阻3个:
R1=4000
Ω,R2=10000Ω,R3=15000Ω;
电键S及导线若干。
要求测量时两电表指针偏转均超过其量程的一半。
⑴试从3个固定电阻中选用1个,与其它器材一起组成测量电路,并在
虚线框内画出测量电路的原理图。
(要求电路中各器材用题中给定的符
号标出。
)
⑵电路接通后,若电压表读数为U,电流表读数为I,则电压表内阻RV
=_________。
【解析】⑴若直接将电压表与毫安表串联,因毫安表的量程过大
(即两电表量程不匹配),故应将电压表与一定值电阻并联。
实验
R1
电路如图所示,若选用电阻R1,则并联电阻
R=2000Ω,电压表
并
读数U=
r
mA
·
R
并=
2.4
2000
500
×
2000=1.92>1V,电流表
SE
读数I=
R+r
并mA
=
=0.00096A=0.96mA>0.6mA,R1符合要求,同
理可得R2、R3不符合要求,故选R1。
3
⑵电路接通后,通过R1的电流I1=
,则通过电压表的电流为I2=I-I1=I-
,
所以电压表的内阻RV=
RU
RI-U
例8(2006年全国Ⅱ)现要测定一个额定电压4V、额定功率1.6W的小灯泡(图
中用○×
表示)的伏安特性曲线。
要求所测电压范围为0.1V~4V。
现有器材:
直流电源E(电动势4.5V,内阻不计),电压表(量程4.5V,内
V4
阻约为4×
10Ω),电流表(量程250mA,内阻约为2Ω),电流表(量程
A1
500mA,内阻约为1Ω),滑动变阻器R(最大阻值约
A2
为30Ω),电键S,导线若干。
如果既要满足测量要求,
又要测量误差较小,应该选用的电流表是,
下面两个电路应该选用的是。
【解析】在测量小灯泡的伏安曲线时,由于题目要求
电压范围为0.1V~4V,因此滑动变阻器采用分压式接
法。
根据估算通过小灯泡的额定电流为I=0.4A,因此电流表应该选用。
在
伏安法测量过程中,由于
临界电阻RAR200大于小灯泡电阻,因此应该选择电流表外接法即选
择甲电路进行测量。
例9、用右图所示的电路,测定一节干电池的电动势和内阻。
电池的内阻较小,
为了防止在调节滑动变阻器时造成短路,电路中用一个定值电阻R0起保护作用。
除电池、开关和导线外,可供使用的实验器材还有:
(a)电流表(量程0.6A、3A);
(b)电压表(量程3V、15V)
(c)定值电阻(阻值1、额定功率5W)
(d)定值电阻(阻值10,额定功率10W)
(e)滑动变阻器(阴值范围0--10、额定电流2A)
(f)滑动变阻器(阻值范围0-100、额定电流1A),那么
(1)要正确完成实验,电压表的量程应选择V,电流表的量程应选择
A;
R0应选择的定值电阻,R应选择阻值范围是的滑动变阻器。
(2)引起该实验系统误差的主要原因是。
(1)3,0.6,1,0~10。
(2)由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比
电池实际输出电流小。
解析:
由于电源是一节干电池(1.5V),所选量程为3V的电压表;
估算电流时,
考虑到干电池的内阻一般几Ω左右,加上保护电阻,最大电流在0.5A左右,所
以选量程为0.6A的电流表;
由于电池内阻很小,所以保护电阻不宜太大,否则
4
会使得电流表、电压表取值范围小,造成的误差大;
滑动变阻器的最大阻值一般
比电池内阻大几倍就好了,取0~10Ω能很好地控制电路中的电流和电压,若取
0~100Ω会出现开始几乎不变最后突然变化的现象。
系统误差一般由测量工具和所造成测量方法造成的,一般具有倾向性,总是偏大
或者偏小。
本实验中由于电压表的分流作用造成电流表读数总是比测量值小,造成E测<
E真,r测<
真。
例10、某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻,实验室中有如下器材:
A.待测干电池B.电流表G(0~3mA,内电阻r1=20Ω)
C.电流表A(0~0.6A,内电阻r2=0.20)
D.滑动变阻器甲(最大阻值10Ω)
E.滑动变阻器乙(最大阻值100Ω)F.定值电阻R1=100Ω
G.定值电阻R2=500ΩH.定值电阻R3=1.5kΩ开关、导线。
由于没有电压表,为此他设计了如图所示的电路完成了实验要求的测量。
①为了方便并能较准确测量,滑动变阻器应选,定值电阻应选用。
(填写定值电阻前的序号)
②若某次测量中电流表G的示数为I1,电流表A的示数为I2;
改变滑动变阻器
的位置后,电流表G的示数为I1′,电流表A的示数为I2′。
则可知此电源的内电阻测量值为r=,电动势测量值为E=。
【解析】干电池的电动势和内阻的测量,一般需要电流表和电压表。
由于题中
没有电压表,故需要将电流表G改装为电压表,且改装后电压表的量程应该达
到1.5V,则总电阻为
1.5V
3mA
500,故定值电阻应选用的序号为G的电阻,而滑
动变阻器应选用阻值较小的D;
②在两次测量过程中,通过电源的电流是两只电表的电流之和,则根据全电路欧
姆定律有
EI1(R2r1)(I1I2)r,EI1(R2r1)(II)2r
解之,得
11
rRr
IIII
1212
2112
ERr
【例11】某研究性学习小组为了制作一种传感器,需要选用一电器元件。
图为
该电器元件的伏安特性曲线,有同学对其提出质疑,先需进一步验证该伏安特性
曲线,实验室备有下列器材:
5
器材(代号)规格
电流表(A1)量程0~50mA,内阻约为50
电流表(A2)量程0~200mA,内阻约为10
电压表(V1)量程0~3V,内阻约为10k
电压表(V2)量程0~15V,内阻约为25k
滑动变阻器(R1)阻值范围0~15,允许最大电流1A
滑动变阻器(R2)阻值范围0~1k,允许最大电流
直流电源(E)100mA
开关(S)输出电压6V,内阻不计
导线若干
①为提高实验结果的准确程度,电流表应选用;
电压表应选
用;
滑动变阻器应选用。
(以上均填器材代号)
②为达到上述目的,请在虚线框内画出正确的实验电路原理图,并标明所用器材
的代号。
③若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合,请说明该伏安特性曲线
与小电珠的伏安特性曲线有何异同点?
相同点:
,
不同点:
①图像中电流0~0.14A,电流表选A2;
电源电压6V,但图像只要求电压
在0~3V之间调整,为了测量准确电压表选V1;
由于绘制图像的需要,要求电压从0~3V之间调整,所以滑动变阻器只能采用分压式
接法,为了能很好调节电压,滑动变阻器应选用阻值较小的R1。
②该元件约几十Ω,
A
,电压表的分流作用可以忽略,所以
采用电流表外接法;
实验数据的采集要求从零开始,所以滑动变阻
器采用分压式接法。
③从图像的形状和斜率变化趋势上去找相同点和不同点,突出都是“非线性”,
图像上某点与原点连线的斜率是电阻的倒数。
【例12】某同学通过查找资料自己动手制作了一个电池。
该同学想测量一下这
个电池的电动势E和内电阻r,但是从实验室只借到一个开关、一个电阻箱(最
大阻值为9.999,当标准电阻用)一只电流表(量程
I=0.6A,内阻rg0.1)
和若干导线。
①请根据测定电动势E内电阻r的要
求,设计图4中器件的连接方式,画
线把它们连接起来。
②接通开关,逐次改变电阻箱的阻值
R,
读处与R对应的电流表的示数I,并作
记录
当电阻箱的阻值R2.6时,
其对应的电流表的示数如图5所示。
处理实验数据时。
首先计算出每个电流值I
6
的倒数
;
再制作R-
坐标图,如图6所示,图中已标注出了(
R,
的几个与测量对应的坐标点,请你将与图5实验数据对应的坐标
点也标注在图6中上。
③在图6上把描绘出的坐标点练成图线。
④根据图6描绘出的图线可得出这个
电池的电动势E=V,内电阻r
解析:
根据闭合电路欧姆定律,测量电源的电动势和内电阻,需要得到电源的路
端电压和通过电源的电流,在本实验中没有电压表,但是可以用电阻箱和电流表
串联充当电压表,测量电源的路端电压,通过电流表的电流也是通过电源的电流,
所以只需要将电流表和电阻箱串联接在电源两端即可。
实物图的连接如答图4
所示。
由闭合电路欧姆定律有:
E=I(R+r+rg),解得:
()
RErr,根据
g
R-1/I图线可知:
电源的电动势等于图线的斜率,内阻为纵轴负方向的截距减去
电流表的内阻。
答案:
①见答图4②见答图6③见答图6④1.5(1.46~1.54);
0.3(0.25~0.35)
【例13】某同学为了较精确的测量一阻值约为20Ω的电阻Rx的阻值.
①在以下备选器材中电流表应选__________,电压表应选_______,变阻器应选
_________.(只填写器材对应的字母代号)电源E(电动势3V、内阻可忽略不计)
电流表A1(量程50mA,内阻约12Ω);
电流表A2(量程3A,内阻
约0.12Ω);
电压表V1(量程3V,内阻约3kΩ),电压表V2(量程15V,
内阻约15kΩ);
滑动变阻器R1(0~10Ω,允许最大电流2.0A);
滑动
变阻器R2(0~1000Ω,允许最大电流0.5A);
定值电阻R(30Ω,允许
最大电流1.0A);
开关及导线若干
②请在方框中画出实验电路图(要求直接测量量的变化范围尽可能大一些,所选
器材用对应符号标出)。
③若某次测量中,电压表读数为U,电流表读数为I,则计算待测电
阻的阻值表达式为Rx=________________。
【解析】测量电阻的阻值一般利用伏安法,电压表显然应选量程为
3V的V1;
根据欧姆定律容易求得电路中的最大电流
I150mA
,显然超过了电流表A150mA的量程,但电流表A2
的量程又太大,故我们可以将定值电阻R(30Ω)与待测电阻Rx相串联,此时电
7
路中的最大电流60
ImA
RR
,利用电流表A1测量电流即可。
由于要求直
接测量量的变化范围尽可能大一些,故只能采用分压电路,且滑动变阻器使用电
阻较小的R1。
最后我们确定电流表的解法:
由于此时电路的临界电阻
R0RAR123k190RxR,则应该利用电流表的外接法。
由此得到
实验电路图如图所示,当电压表读数为U,电流表读数为I,则计算待测电阻的
阻值表达式
.
【例14】从下表中选取出适当的实验器材,设计一电路来测量电流表A1的内阻
r1,画在下面的方框中,要求方法简捷,有尽可能高的精确度,并能测出多组数
据。
器材(代号)规格
电流表(A1)量程10mA,内阻r1待测(约40Ω)
电流表(A2)量程500μA,内阻r2=750Ω
电压表(V)量程10V,内阻r3=10kΩ
滑动变阻器(R2)总阻值约50Ω
电键(S)
【解析】要测量电流表A1的内阻,按常规思想应用伏安法,将电压表并联在待
测电流表两端,但根据本题所提供的仪器,我们可以首先肯定,在本实验中不可
能用到电压表,因为电源的电动势只有1.5V,而电压表的量程为10V,最多不到
满偏的1/6,用它来读数误差太大,因此该实验能用到的电表只可能用两块电流
表。
两块电流表有可能串联,也有可能并联,但题目中电流表A2的内阻r2已知,因
此将两电流表并联,根据并联规律I1r1=I2r2可求出电流表A1的内阻r1=
。
加在电流表两端的电压最大值Um=Imr2=0.375V,而滑动变阻的最大阻值只有50Ω,
如果将滑动变阻器接成限流,会超过电流表的量程,将它们烧坏。
如果仅仅将滑
动变阻器接成分压,滑动变阻器可调节的范围很小,只有全长的1/4,这样测量
的次数比较少。
故应将定值电阻R1接在干路上用作限流,电路图如图所示。
【例15】现有器材:
量程为10.0mA、内阻约30-40的电流表一个,定值电
阻R1=150,定值电阻R2=100,单刀单掷开关K,导线若干。
要求利用这些器
材测量一干电池(电动势约1.5V)的电动势。
(1)按要求在实物图上连线。
(2)用已知量和直接测得量表示的待测电动势的表
达式为E=,式中各直接测得量的意义
.
【解析】根据提供的器材,可任取一个定值电阻与
8
电流表、干电池、开关接成一个串联电路,用欧姆定律建立方程组进行测量。
但
在本题中,电流表量程为10.0mA,干电池的电动势约为1.5V,如果把定值电阻
R1与电流表、干电池、开关接成一个串联电路,则回路中总电阻约为180,回
路中电流约为1.5V/180=8.3mA,而如果把定值电阻R2与电流表、干电池、开
关接成一个串联电路,,则回路中总电阻约为130,回路中电流约为
1.5V/130=11.5mA,
显然,该电流已超过电流表的量程。
考虑到实验的可行性,此时用定值电阻R2
与R1串联即可,故有如下解答:
(1)连图:
左图只用R1接入电路;
右图用R1和R2串联接入电路。
(连线如图)
(2)设I1是外电阻为R1时的电流,I2是外电阻为R1和R2串联时的电流,则有
RRr
1A
RRRr
12A
解之,可解得干电池电动势为:
12
ER
【例17】某同学在实验室测定一节干电池的电动势和内阻,实
验室中有如下器材:
滑
D10.滑动变阻器甲(最大阻值Ω)
G
①为了方便并能较准确测量,滑动变阻器应选,定值电阻应选
用。
(填写定值电阻前的序号)
则可知此电源的
内电阻测量值为r=,电动势测量值为E=。
姆定律
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